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研究生:張榮南
研究生(外文):Jung-Nan Chang
論文名稱:溫泉環境對再生綠建材混凝土工程性質之研究
論文名稱(外文):Hot spring environment effects on the engineering properties of concrete mixtures using recycled green materials
指導教授:王和源王和源引用關係
指導教授(外文):Her-Yung Wang
口試委員:黃兆龍謝啟萬湯兆緯林仁益王和源
口試委員(外文):Chao-Lung HwangChiwan-Wayne HsiehChao-Wei TangRen-Yih LinHer-Yung Wang
口試日期:2015-10-30
學位類別:博士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:土木工程與防災科技研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:222
中文關鍵詞:溫泉環境再生綠建材混凝土工程特性防蝕硫酸鹽侵蝕熱導係數導電係數
外文關鍵詞:Hot SpringRecycled green materialConcreteEngineering propertyCorrosion resistanceSulfate resistanceThermal conductivityElectrical conductivity
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為探討再生綠建材混凝土建物對溫泉水所含之硫酸根離子、碳酸氫根離子、碳酸根離子和氯離子等有害化學物質之防腐蝕效能。利用配比設計將爐石粉、飛灰及廢液晶玻璃粉等再生綠建材摻入混凝土內部,拌合成具抗腐蝕之再生綠建材混凝土,並使用臺灣較具代表性的4種溫泉水進行養護(礁溪、知本、四重溪、出火)。混凝土配比設計固定水膠比為W / C = 0.5,3種再生綠建材包括爐石粉,飛灰和廢液晶玻璃粉混合取代混凝土配比,並分為以爐石粉取代水泥,飛灰取代天然砂之再生綠建材爐灰混凝土與以以爐石粉取代水泥,飛灰取代天然砂且以廢液晶玻璃取代三分石之再生綠建材爐灰玻璃砂混凝土,並在不同的恆溫溫泉水(45℃)環境中養護。探討再生綠建材混凝土在不同地區溫泉水之防腐蝕效能,先進行檢測養護後新拌性質。同時將混凝土養護齡期7、28、56、91和120天,分別進行抗壓強度、抗彎強度、握裹強度、剪力波等硬固性質及超音波、電阻、硫酸鹽侵蝕及熱傳導等耐久性質驗證。研究結果顯示,同時以爐石粉取代水泥及飛灰取代天然砂,並不會使坍度值有所上升或坍損。再生綠建材混凝土各配比於四種溫泉環境之抗壓強度皆隨著爐灰取代量提升而有提升的趨勢,而四重溪與出火溫泉環境之抗壓強度僅達到知本與礁溪溫泉環境的65.8%及32.2%。短齡期內(120天以內),爐石粉與飛灰分別取代水泥和天然砂會使得鋼筋與混凝土間的黏合力降低,因此握裹強度隨爐石粉取代量提升有降低的趨勢。晚齡期超音波波速及抗壓強度皆隨著爐石粉取代量增加而提升。再生綠建材爐灰混凝土表面電阻值皆隨著爐石粉取代量增加而提升。再生綠建材爐灰混凝土皆會因為爐石粉及飛灰耐酸蝕的特性及卜作嵐反應產生的C-S-H膠體填充混凝土的孔隙而使抗硫酸鹽侵蝕能力提升。四種不同溫泉環境養護下之再生綠建材爐灰混凝土熱傳導係數皆隨著爐灰的添加而有降低的趨勢,即具有較佳的隔熱效果。
爐石取代量提升會使工作性降低,其坍度隨著爐石粉取代量的提升而降低,爐石粉吸水與膠結的特性使坍度降低20%~31%。由於廢液晶玻璃表面光滑且吸水率低,但其顆粒不規則,影響骨材之間的滾動,因此爐灰玻璃砂混凝土之廢液晶玻璃取代量由40%提升至60%時,坍度僅提升5mm。研究結果顯示爐灰玻璃砂混凝土於溫泉環境下,廢液晶玻璃取代40%,飛灰取代20%`,爐石粉取代25%有最佳的抗壓強度。爐石粉取代量由20%增加至25%剪力波波速及成長率皆會提升,而取代量由25%增加至30%剪力波波速及成長率則會降低。爐石粉取代量提高,再生綠建材爐灰玻璃砂表面電阻值會提高,且各溫泉養護環境對於爐灰玻璃砂混凝土之表面電阻值與抗壓強度趨勢一致。再生綠建材爐灰玻璃砂混凝土固定廢液晶玻璃取代量及飛灰取代量,爐石粉取代量由20%增加至25% 之耐硫酸鹽侵蝕能力皆會提升,而取代量由25%增加至30%耐硫酸鹽侵蝕能力則會降低。同配比於不同溫泉之熱傳導係數差異並不大,但爐石粉取代25%組之熱傳導係數皆低於取代20%組及30%組,因此可判斷爐石粉取代25%、飛灰取代20%及廢液晶玻璃取代40%於溫泉養護環境中有最佳的效果。

The objective of this study is investigated the effects of sulfate ions, bicarbonate ions, carbonate ions, chloride ion and other harmful chemical substances within hot spring water on the anti-corrosion properties of concrete mixtures using renewable green building materials. Slag, fly ash and liquid crystal waste were used as the replacement for cement, sand, and gravel in six concrete mixture designs were studied. Hot spring waters obtained from Chiaohsi, Chihpen, Sihjhongsi and Chohuo areas were used in the study. Water-cement ratio (W/C) of 0.5 was used in all mixture designs. Test specimens were incubated in the test hot spring waters for 7-day, 28-day, 56-day, 91-day, and 120-day with a constant temperature of 45℃ before testing. Compressive strength, flexural strength, bond strength, shear wave velocity, sulfate resistance, and thermal conductivity properties were evaluated. The results of study indicated that the use of slag, fly ash, and liquid crystal waste materials to replace some percentage of cement, sand, and gravel within the concrete mixture design would increase concrete mechanical properties, such as compressive strength, flexural strength and shear strength. In addition, the use of slag within the concrete mixture would increase shear wave velocity, reduce electrical conductivity, and increase thermal conductivity. However, the increase of slag usage in the concrete mixture would reduce the slump and decrease the work ability of the concrete mixture. Moreover, the use of slag and fly ash to replace some percentage of cement and sand within concrete mixture will not change the slump of the concrete mixture. However, this concrete mixture would increase the sulfate resistance property and reduce the bonding strength between concrete and steel bar. The results of this study also indicated that the use of 25% slag, 20% fly ash, and 40% liquid crystal waste materials for replacements within concrete mixture design showed the best durability behavior in hot spring environment, such as corrosion resistance, thermal conductivity, sulfate resistance, electrical conductivity.
摘要 II
Abstract IV
謝誌 VI
目錄 VII
表目錄 X
圖目錄 XI
符號說明 XIX
第一章 緒論 20
1.1 研究動機與背景 20
1.2 研究目的 21
1.3 研究內容與流程 22
第二章 文獻回顧 25
2.1 臺灣溫泉形成條件及種類 25
2.2 溫泉水對混凝土之影響 29
2.3 再生綠建材之應用 30
2.4 卜作嵐(Pozzolan)材料之特性 31
2.5 廢液晶玻璃(Waste liquid crystal glasses) 35
第三章 試驗計畫 38
3.1 試驗材料 38
3.2 試驗設備 39
3.3 研究架構及試驗流程 42
3.4 試驗變數及材料配比 42
3.5 試驗方法 43
3.6 新拌性質 45
3.7 硬固性質(Harden Properties) 45
3.8 耐久性 (Durability Properties) 46
第四章 結果與討論 54
4.1 新拌性質 54
4.1.1 坍度 54
4.1.2 凝結時間 55
4.1.3 單位重 56
4.2 硬固性質 56
4.2.1 抗壓強度 57
4.2.2 抗彎強度 64
4.2.3 握裹強度 69
4.2.4 剪力波波速 73
4.2.5 超音波波速 79
4.3 耐久性質 87
4.3.1 四極式電阻 87
4.3.2 硫酸鹽侵蝕 94
4.3.3 熱傳導係數 99
4.4 線性迴歸分析 107
4.4.1 抗壓強度與表面電阻值線性迴歸分析 107
4.4.2 抗彎強度與剪力波波速線性迴歸分析 108
4.4.3 抗彎強度與超音波波速線性迴歸分析 110
4.4.4 抗彎強度與表面電阻值線型迴歸分析 111
第五章 結論與建議 206
5.1 結論 206
5.1.1 再生綠建材爐灰混凝土各項性質之結論 206
5.1.2 再生綠建材爐灰玻璃砂各項性質之結論 208
5.2 建議 210
參考文獻 211
簡歷 218

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